第一篇：發(fā)酵工程 教案 第五章 培養(yǎng)基及設備的滅菌

第五章

培養(yǎng)基及設備的滅菌 第一節(jié)

培養(yǎng)基滅菌的目的、要求和方法

一、定義

1，培養(yǎng)基滅菌的定義

是指從培養(yǎng)基中殺滅有生活能力的細菌營養(yǎng)體及其孢子，或從中將其除去。工業(yè)規(guī)模的液體培養(yǎng)基滅菌，殺滅雜菌比除去雜菌更為常用。

2，滅菌與消毒的區(qū)別

滅菌：用物理或化學方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細胞、細菌芽孢和孢子

消毒：用物理或化學方法殺死物料、容器、器皿內外的病源微生物。

二、培養(yǎng)基滅菌的目的

1，在發(fā)酵過程中夾雜其它雜菌造成的后果

生產菌和雜菌同時生長，生產菌喪失生產能力；在連續(xù)發(fā)酵過程中，雜菌的生長速度有時會比生產菌生長得更快，結果使發(fā)酵罐中以雜菌為主；雜菌及其產生的物質，使提取精制發(fā)生困難；雜菌會降解目的產物；雜菌會污染最終產品，雜菌會污染最終產品；發(fā)酵時如污染噬菌體，可使生產菌發(fā)生溶菌現象。

2，工業(yè)上具體措施包括

（1）使用的培養(yǎng)基和設備須經滅菌；（2）好氧培養(yǎng)中使用的空氣應經除菌處理；（3）設備應嚴密，發(fā)酵罐維持正壓環(huán)境；（4）培養(yǎng)過程中加入的物料應經過滅菌；（5）使用無污染的純粹種子。3，培養(yǎng)基滅菌的目的

殺滅培養(yǎng)基中的微生物，為后續(xù)發(fā)酵過程創(chuàng)造無菌的條件。4，培養(yǎng)基滅菌的要求

（1）達到要求的無菌程度（10-3）

（2）盡量減少營養(yǎng)成分的破壞，在滅菌過程中，培養(yǎng)基組分的破壞，是由兩個基本類型的反應引起的：

培養(yǎng)基中不同營養(yǎng)成分間的相互作用；對熱不穩(wěn)定的組分如氨基酸和維生素等的分解。5，滅菌的方法（1）化學法

化學藥品滅菌法

（2）物理法

干熱滅菌法 濕熱滅菌法 射線滅菌法

6，濕熱滅菌的原理

每一種微生物都有一定的最適生長溫度范圍。當微生物處于最低溫度以下時，代謝作用幾乎停止而處于休眠狀態(tài)。當溫度超過最高限度時，微生物細胞中的原生質膠體和酶起了不可逆的凝固變性，使微生物在很短時間內死亡，加熱滅菌即是根據微生物這一特性而進行的。

7，濕熱滅菌中的相關定義

殺死微生物的極限溫度稱為致死溫度。在致死溫度下，殺死全部微生物所需的時間稱為致死時間；在致死溫度以上，溫度愈高，致死時間愈短。

微生物的熱阻：是指微生物在某一特定條件（主要是溫度和加熱方式）下的致死時間。相對熱阻是指某一微生物在某條件下的致死時間與另一微生物在相同條件下的致死時間的比值。

各種微生物對濕熱的相對熱阻 微生物 營養(yǎng)細胞和酵母 細菌芽孢 霉菌孢子 病毒和噬菌體

8，濕熱滅菌的優(yōu)點

蒸汽來源容易，操作費用低，本身無毒；蒸汽有強的穿透力，滅菌易于徹底； 蒸汽有很大的潛熱；操作方便，易管理。

濕熱滅菌的理論基礎

一，培養(yǎng)基濕熱滅菌需解決的工程問題

1，將培養(yǎng)基中的雜菌總數N0 殺滅到可以接受的總數N（10-3），需要多高的溫度、多長的時間為合理。

菌溫度和時間的確定取決于：

（1）雜菌孢子的熱滅死動力學

（2）反應器的形式和操作方式

（3）培養(yǎng)基中有效成分受熱破壞的可接受范圍

二、微生物的熱死滅動力學方程

實驗證明，微生物營養(yǎng)細胞的均相熱死滅動力學符合化學反應的一級反應動力學，即： N：任一時刻的活細菌濃度（個/L）

相對熱阻 1.0 3×106 2~10 1~5 ?dNdt?k?N?1?t：時間（min）

NlnN??K?t0?2?K：比熱死速率常數（min-1）取邊界條件t0=0，N=N0，對（1）積分得

N?N0?e?Kt或

?3?

實驗還證明，細菌孢子的熱殺滅動力學與營養(yǎng)細胞的有所不同。它表現為非對數的死亡動力學。這可能與孢子壁的化學成分及結構有關。但當溫度超過120?C時，熱阻極強的嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子的熱殺滅動力學也接近對數死亡動力學即符合一級反應規(guī)律。

三、溫度對K的影響

微生物的熱死滅動力學接近一級反應動力學，它的比熱死滅速率常數K與滅菌溫度T的關系可用阿累尼烏斯方程表征

K?A?e??E/RT

A：頻率因子（min-1）ΔE：活化能（J/mol）

?4?

R：通用氣體常數[J/（mol.k）] 從方程（4）可以看出：

（1）活化能ΔE的大小對K值有重大影響。其它條件相同時，ΔE越高，K越低，熱死速率越慢。

（2）不同菌的孢子的熱死滅反應ΔE可能各不相同。對方程（4）兩邊取對數，得方程（5）

ElnK???RT?lnA?5? dlnKdTE?R??T2?6?

K是ΔE和T的函數，K的對T的變化率與有關，對方程（5）兩邊對T取導數，得方程（6）。由方程（6）可得出結論：反應的ΔE越高，lnK對T的變化率越大，即T的變化對K的影響越大試驗表明，細菌孢子熱死滅反應的ΔE很高，而某些有效成分熱破壞反應的ΔE較低（見下表）。將溫度提高到一定程度，會加速細菌孢子的死滅速度，縮短滅菌時間，由于有效成分的ΔE很低，溫度的提高只能稍微增大其破壞速度，但由于滅菌時間的顯著縮短，有效成分的破壞反而減少。

受熱物質 維生素B12 維生素B1鹽酸鹽 嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子 肉毒梭菌孢子 枯草桿菌孢子

ΔE（J/mol）96232 92048 283257 343088 317984 如嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子的ΔEBS =67000× 4.184（J/mol），維生素B1的ΔEVB=22000× 4.184（J/mol），將滅菌溫度從105?C提高到127?C，KVB從0.02（min-1）提高到0.06（min-1），KBS從0.12（min-1）提高到40.0（min-1）。

嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子和維生素B1的lnK-1/T圖

嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子死滅程度為N/N0=10-16時，滅菌溫度對維生素B1破壞的影響滅菌溫度（?C）100 110 120 130 140 150 達到滅菌程度的時間（min）843 75 7.6 0.851 0.107 0.015

維生素B1的損失（%）99.99 89 27 10 3 1

第三節(jié)

一、無菌的標準

培養(yǎng)基滅菌的工程設計

根據微生物熱死滅方程，要求滅菌后達到絕對無菌是很難做到的，也是不必要的。因此在工程設計中常取N=10-3。

二、分批滅菌

1，分批滅菌的設計在發(fā)酵罐中進行實罐滅菌，是典型的分批滅菌。全過程包括升溫、保溫、降溫三個過程。

?dNdt?k?N?7?

孢子熱死亡的規(guī)律符合積分得（8）

0lnNN?K?t?8?

N0N1N2N1N2?N??ln?ln?lnNNNN22在分批滅菌過程中

lnN0N?ln?N0N??9?

因為升溫、冷卻階段T是時間t的函數，K不是常數，所以：

ln

lnN0NN1N2?A?e??E/RTdt0t1?10?

(11)?Kh?t2?t1?lnN2N?A?e??E/RTdtt2t3?12?

式中Kh是保溫階段的孢子比熱死亡速度常數

分批滅菌中幾種換熱方式的溫度-時間變化關系

T：介質溫度（K）；T0：介質初溫（K）；t：時間（min）；h：蒸汽相對于介質的熱焓（kJ/kg）；s：蒸汽的重量流率（kg/min）；M：介質重量(kg)；Cp：介質比熱[kJ/(kg.K)]； TH：熱源溫度(K)；U：總傳熱系數[kJ/（m2.min.K）]；q：傳熱速率（kJ/min）；C’p：冷卻劑比熱；W：冷卻劑流率；TCO：冷卻劑溫度

2，計算舉例（自學）

參見：《微生物工程工藝原理》P226、倫世儀主編《生化工程》P13。

3，保證間歇滅菌成功的要素

（1）內部結構合理(主要是無死角)，焊縫及軸封裝置可靠，蛇管無穿孔現象（2）壓力穩(wěn)定的蒸汽（3）合理的操作方法。

4，培養(yǎng)基間歇滅菌過程中應注意的問題

（1）溫度和壓力的關系

（2）泡沫問題

（3）投料過程中，麩皮和豆餅粉等固形物在罐壁上殘留的問題（4）滅菌結束后應立即引入無菌空氣保壓

發(fā)酵罐的接管圖

三、連續(xù)滅菌的設計

1，連續(xù)滅菌的流程 2，（1）噴射加熱連續(xù)滅菌

噴射加熱連續(xù)滅菌流程

典型的噴射加熱連續(xù)滅菌時的溫度和時間曲線圖

（2）薄板換熱器連續(xù)滅菌

薄板換熱器連續(xù)滅菌流程

薄板換熱器連續(xù)滅菌時的溫度和時間曲線圖

（3）噴淋冷卻連續(xù)滅菌

噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程

2，連續(xù)滅菌設計及計算舉例（自學）

參見：《微生物工程工藝原理》P228，倫世儀主編《生化工程》P22。

3，連續(xù)滅菌設備的結構及計算

（1）設備結構：

套管式連消塔

噴嘴式連消塔

連消器

噴射加熱器

薄板換熱器

維持罐

（2）連消塔計算（自學）參見《發(fā)酵工程與設備》P53

四、連續(xù)滅菌與間歇滅菌的比較

1，連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點

優(yōu)點

–保留較多的營養(yǎng)質量 –容易放大 –較易自動控制； –糖受蒸汽的影響較少； –縮短滅菌周期；

–在某些情況下，可使發(fā)酵罐的腐蝕減少； –發(fā)酵罐利用率高； –蒸汽負荷均勻。缺點

–設備比較復雜，投資較大。

2，分批滅菌的優(yōu)缺點

優(yōu)點

–設備投資較少 –染菌的危險性較小 –人工操作較方便

–對培養(yǎng)基中固體物質含量較多時更為適宜 缺點

–滅菌過程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負荷波動大，一般只限于中小型發(fā)酵裝置。

五、影響滅菌的因素

（1）培養(yǎng)基成分對滅菌的影響

油脂，糖類及一定濃度的蛋白質可增加微生物的耐熱性，另一些物質，如高濃度的鹽類，色素等可削弱其耐熱性。

（2）培養(yǎng)基的物理狀態(tài)對滅菌的影響（3）培養(yǎng)基中微生物數量對滅菌的影響（4）培養(yǎng)基中氫離子濃度對滅菌的影響

培養(yǎng)基中氫離子濃度直接影響滅菌的效果。培養(yǎng)基的 酸堿度越大，所需殺滅微生物的溫度越低。

（5）微生物細胞中水分對滅菌的影響

細胞含水越多，蛋白質變性的溫度越底（6）微生物細胞菌齡對滅菌的影響 老細胞水分含量低、低齡細胞水分含量高（7）空氣排除情況對滅菌的影響（8）攪拌對滅菌的影響（9）泡沫對滅菌的影響

六、發(fā)酵罐的滅菌

培養(yǎng)基的滅菌如果是采用連續(xù)滅菌法。則發(fā)酵罐應在加入滅菌的培養(yǎng)基前先行單獨滅菌。通常是用蒸汽加熱發(fā)酵罐的夾套或設管并從空氣分布管中通入蒸汽，充滿整個容器后，再從徘氣管中緩緩排出。容器內的蒸汽壓力保持1公斤，20分鐘。在保溫結束后，關鍵是隨即通入無菌空氣，使容器保持正壓，防止形成真空而吸入帶菌的空氣。

七、補料液的滅菌

在發(fā)酵過程中，往往要向發(fā)酵罐中補入各種不同的料液。這些料液都必需經過滅菌。滅菌的方法則視料液的性質、體積和補料速率而定。如果補料量較大，而具有連續(xù)性時，則采用連續(xù)滅菌較為合適。也有利用過濾法對另補料液進行除菌。補料液的分批滅菌，通常是向盛有物料的容器中直接通入蒸汽。所有的附屬設備和管道都要經過滅菌。

第二篇：發(fā)酵工程教學大綱

發(fā)酵工程（Fermentation Engineering）

一、課程概況 課程編號：

課程總學時：56（其中，講課：40，實驗：16）課程學分：課程分類：開設學期：開課單位：適用專業(yè)：所需先修課：微生物學、生物化學課程負責人：韓北忠、劉萍

二、內容簡介是工業(yè)微生物實現實驗室與工廠化生產的具體操作，方法的一部分，工程》工業(yè)化應用都具有深遠的意義。另外，通過《發(fā)酵工程》實驗及發(fā)酵工程各論的了解，不僅能夠掌握發(fā)酵工藝操作從小試到放大的具體過程及反應過程控制方法，前發(fā)酵行業(yè)的具體產品生產工藝，進行指導與分析。程的基本原理，發(fā)酵工藝及過程控制方法；程各論簡介。

三、教學大綱1放線菌、酵母的分離方法；常用工業(yè)菌種育種的方法；誘變、基因轉移、基因重組的原理及

必修

三（2）

食品學院

生物技術系

生物工程、食品科學與工程

是生物工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。是基因工程及酶工程等生物技術工業(yè)化的過程與方法。不僅掌握發(fā)酵工程原理及發(fā)酵優(yōu)化控制過程，（1）發(fā)酵工程上游技術：菌種選育的基本理論與方法；

緒論（2學時）

工業(yè)微生物菌種的選育與保藏（由于發(fā)酵工程是整個生物技術的核心，是生物技術在生產實踐中應用的原理及因此，通過對《發(fā)酵而且對系統(tǒng)了解生物技術及其而且進一步了解了目對發(fā)酵生產能夠（3）發(fā)酵工程設備及發(fā)酵中試放大；40學時）

4學時）

2）發(fā)酵工4）發(fā)酵工 《發(fā)酵工程》的學習，從理論到方法學會發(fā)酵工程這一門技術，本課程主要內容為：（（、課堂講授部分教學內容與要求（第一章本章要點：掌握發(fā)酵工程的基本知識；了解發(fā)酵工程的一般工藝過程和工藝發(fā)展趨勢。第二章工業(yè)菌種篩選思路、程序及注意事項；培養(yǎng)分離中要解決的問題，自然界細菌、真菌、操作方法；不同微生物菌種保藏原理、方法及各自的應用優(yōu)缺點。本章重點了解工業(yè)微生物菌種選育常用方法及過程，掌握菌種的保藏方式。

第三章 發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化（4學時）

不同營養(yǎng)因素對微生物生長及代謝的影響，不同用途培養(yǎng)基的確定依據和方法；不同培養(yǎng)條件對微生物生長及代謝的影響，發(fā)酵條件的確定方法；發(fā)酵終點的判斷原理及方法；工業(yè)微生物菌種培養(yǎng)的類型、主要培養(yǎng)方法及擴大的特點。本章重點掌握發(fā)酵工藝的基本原理，熟悉發(fā)酵工藝確定的參數要求，掌握發(fā)酵工廠化生產放大對發(fā)酵工藝不同要求。

第四章 發(fā)酵機制（4學時）

微生物的能量及物質代謝及微生物合成與分解代謝對發(fā)酵目標產物的影響；微生物的代謝調節(jié)調控與發(fā)酵生產。本章重點了解微生物代謝的機理，掌握調節(jié)代謝的常規(guī)方法。

第五章 發(fā)酵工程動力學（4學時）

微生物反應過程的主要特征、微生物反應動力學的描述方法，研究發(fā)酵動力學的步驟與方法；發(fā)酵動力學分類、各類特點及在發(fā)酵工業(yè)中的應用；分批發(fā)酵、補料發(fā)酵及連續(xù)發(fā)酵動力學、特點。本章重點掌握發(fā)酵過程中優(yōu)化控制的理論和方法。

第六章 發(fā)酵工程單元操作（4學時）

滅菌的方法及各方法的原理及其操作控制；空氣凈化原理，空氣除菌方法及發(fā)酵生產過程中制備無菌空氣的流程。微生物細胞對氧的需求，對微生物供氧的傳遞過程，增加溶氧的措施及溶氧異常分析。本章重點熟悉發(fā)酵工藝的控制過程，掌握發(fā)酵流程的具體操作方法。

第七章 發(fā)酵生產的設備（6學時）

嫌氣發(fā)酵設備種類，設計要求及操作要點；通風發(fā)酵罐種類、結構組成、工作原理及操作、控制；發(fā)酵反應器的設計和自動控制。本章重點了解發(fā)酵罐的組成及操作，并掌握發(fā)酵罐設計的方法。

第八章 發(fā)酵中試的比擬放大（2學時）

發(fā)酵中試比擬放大的原理，內容及計算依據；中試放大的設備要求；比擬放大的基本方法。本章重點掌握發(fā)酵中試放大的理論依據及方法

第九章 發(fā)酵工程各論（10學時）

酒精生產工藝學、氨基酸生產工藝學、抗生素生產工藝學、微生物酶制劑生產工藝、污水生化處理技術。對每個工藝介紹概況、工藝操作要點、對產物影響的主要因素及控制，產物分離提純主要方法，工藝發(fā)展趨勢。本章重點了解目前發(fā)酵行業(yè)中各種工藝的具體操作過程。

2、實驗、實習部分教學內容與要求（共16學時）

（1）特定產物工業(yè)生產菌種的篩選 4學時 目的：加深對發(fā)酵工程上游技術中菌種選育的認識；學會常規(guī)選種和育種的方法，樹立科學認真仔細的態(tài)度，培養(yǎng)科研協(xié)作精神。

內容簡介：根據一定的生產目的如抗生素或酶類的生產，建立不同的篩選模型，并從特定的樣品如土壤中篩選出高產適宜的菌株。

要求：全班每個同學都要親自動手，以目標產物從土壤中分離高產菌株，每人寫1份研究報告。

（2）搖床培養(yǎng)確定菌體培養(yǎng)和營養(yǎng)條件 4學時

目的：掌握微生物斜面培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基及發(fā)酵培養(yǎng)基確定方法，學會對已確定菌種確定實驗室發(fā)酵工藝。內容簡介：發(fā)酵的工藝參數。要求：全班分成養(yǎng)條件，每組交（3）小型發(fā)酵罐中進行產品的分批發(fā)酵目的：掌握發(fā)酵罐的操作方法，發(fā)解在罐上進行工藝放大的發(fā)酵過程。內容簡介：菌種在罐上的分批發(fā)酵過程。掌握目前發(fā)酵行業(yè)基礎罐上發(fā)酵方法和操作流程。要求：全班分成時間的基質消耗、產物形成及細胞生長的變化，每組交究報告。

（4）流加發(fā)酵動力學研究目的：加深對微生物培養(yǎng)方法的認識，了解流加發(fā)酵過程控制方法。內容簡介：添加，觀察菌體生長和產物形成及菌種代謝之間的關系，式。

要求：全班分成基質消耗、產物形成及細胞生長的變化，每組交 說明

為使學生既能發(fā)揮主觀能動性，個人作業(yè)及試驗出勤、動手能力等占

3、教材及主要參考書教材：俞俊棠，唐效宣主要參考書：（1）李艷（2）曹軍衛(wèi)篩選微生物最適生長及產物形成的營養(yǎng)條件和培養(yǎng)條件，5組，1 份實驗記錄，每人寫在搖床確定工藝條件的基礎上，5組，在分批發(fā)酵工藝的基礎上，5組，.生物工藝學

.發(fā)酵工業(yè)概論, 馬輝文.1份研究報告。4學時進行小型發(fā)酵罐的放大研究，學時

進行不同營養(yǎng)物質在不同時間和不同濃度的又具有科研協(xié)作精神，60%。

.華東化工學院出版社.中國輕工業(yè)出版社.科學出版社確定特定產物研究確定菌種發(fā)酵最適培養(yǎng)基及培

同時監(jiān)測

各組分別測定發(fā)酵過程中每隔一段1 份實驗記錄，每人寫1份研

以獲得最佳的發(fā)酵代謝調控方各組分別測定1種流加發(fā)酵程序對份實驗記錄，每人寫1份研究報告。暫定考核成績中小組記錄占40%，.1991..1999..2002.每個同學都要親自動手，每個同學都要親自動手，4每個同學都要親自動手，1 微生物工程（3）P.F.斯坦伯里, A 惠特克.發(fā)酵工藝學原理.中國醫(yī)藥科技出版社.1992.（4）賀小賢.生物工藝原理.化學工業(yè)出版社.2003.（5）尹光琳, 戰(zhàn)立克, 趙根楠.發(fā)酵工業(yè)全書.中國醫(yī)藥科技出版社.1992.4、習題作業(yè)安排

各章均有1-2個習題，要求學生獨立完成。

四、教學大綱說明

1、教學目的與課程的性質和任務通過對《發(fā)酵工程》的學習，可以使學生進一步系統(tǒng)了解發(fā)酵工程從培養(yǎng)基配制到發(fā)酵罐生產，直至產品分離等一系列的操作原理及過程。由于發(fā)酵工程是整個生物技術的核心，是工業(yè)微生物實現實驗室與工廠化生產的具體操作，是生物技術在生產實踐中應用的原理及方法的一部分，術工業(yè)化的過程與方法。因此，通過對《發(fā)酵工程》的學習，不僅掌握發(fā)酵工程原理及發(fā)酵優(yōu)化控制過程，而且對系統(tǒng)了解生物技術及其工業(yè)化應用都具有深遠的意義。另外，通過《發(fā)酵工程》實驗及發(fā)酵工程各論的了解，不僅能夠掌握發(fā)酵工藝操作從小試到放大的具體過程及反應過程控制方法，產工藝，從理論到方法學會發(fā)酵工程這一門技術，對發(fā)酵生產能夠進行指導與分析。

2、課程主要內容、重點及深度課程重點為發(fā)酵機制、程動力學與發(fā)酵工藝控制為本課程難點。

3、教學要求與主要環(huán)節(jié)掌握發(fā)酵工程的基本原理，發(fā)酵反應器的操作、方法和流程，了解從小試到放大所需測定參數及過程控制方法。的原理與流程。

相關課程有生物反應工程、應用微生物學，生物分離技術。

1、本課程以授課為主，教學方法采用多媒體教學、討論等多種方式進行。

2、本課程考核方式：開卷或閉卷考試。

執(zhí)筆人：劉萍審定人：

而且進一步了解了目前發(fā)酵行業(yè)的具體產品生

發(fā)酵工程動力學、發(fā)酵工藝控制和發(fā)酵生產的設備，熟悉發(fā)酵工藝及過程控制方法，明晰發(fā)酵產品的提取精制過程。, 韓北忠

是基因工程及酶工程等生物技

其中發(fā)酵工了解從實驗室操作到工廠化掌握發(fā)酵工藝操作的基本熟悉現代發(fā)酵工業(yè)生產產品

2004年3月 制定 控制及設計，

第三篇：發(fā)酵工程論文 -

發(fā)酵工程的研究進展

【前言】 發(fā)酵工程是泛指利用微生物制造或生產某些產品的過程。它包括厭氧發(fā)酵的生產過程（如酒精、乳酸、丙酮丁醇等）和有氧發(fā)酵的生產過程（如氨基酸、檸檬酸、抗生素等）。廣義的概念：生物學(微生物學、生物化學)和工程學(化學工程)結合。狹義的發(fā)酵概念：微生物培養(yǎng)和代謝過程。

發(fā)酵技術是人類最早通過實踐掌握的生產技術之一，產品也很多，以傳統(tǒng)食品來說，東方有醬、醬油、醋、白酒、黃酒等，西方有啤酒、葡萄酒、奶酪等。這些發(fā)酵食品都是數千年來憑借人類的智慧和經驗，在沒有親眼看到微生物的情況下，巧妙地利用微生物生產的產品?！娟P鍵詞】 發(fā)酵 發(fā)展 應用

1、發(fā)酵工程的內容

1.1 定義

發(fā)酵工程是指采用工程技術手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的離體酶的某些功能，為人類生產有用的生物產品，或直接用微生物參與控制某些工業(yè)生產過程的一種技術。

1.2現代發(fā)酵工程

人們熟知的利用酵母菌發(fā)酵制造啤酒、果酒、工業(yè)酒精，乳酸菌發(fā)酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大規(guī)模生產青霉素等都是這方面的例子。隨著科學技術的進步，發(fā)酵技術也有了很大的發(fā)展，并且已經進入能夠人為控制和改造微生物，使這些微生物為人類生產產品的現代發(fā)酵工程階段。

現代發(fā)酵工程作為現代生物技術的一個重要組成部分，具有廣闊的應用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的菌種并且提高其產量；利用微生物發(fā)酵生產藥品，如人的胰島素、干擾素和生長激素等。已經從過去簡單的生產酒精類飲料、生產醋酸和發(fā)酵面包發(fā)展到今天成為生物工程的一個極其重要的分支，成為一個包括了微生物學、化學工程、基因工程、細胞工程、機械工程和計算機軟硬件工程的一個多學科工程。

現代發(fā)酵工程不但生產酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產胰島素、干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產天然殺蟲劑、細菌肥料和微生物除草劑等農用生產資料，在化學工業(yè)上生產氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和單細胞蛋白等。

1.3組成

從廣義上講，發(fā)酵工程由三部分組成：是上游工程，中游工程和下游工程。

1.3.1 上游工程：包括優(yōu)良種株的選育，最適發(fā)酵條件（pH、溫度、溶氧和營養(yǎng)組成）的確定，營養(yǎng)物的準備等。

1.3.2 中游工程：主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細胞和生產代謝產物的工藝技術。這里要有嚴格的無菌生長環(huán)境，包括發(fā)酵開始前采用高溫高壓對發(fā)酵原料和發(fā)酵罐以及各種連接管道進行滅菌的技術；在發(fā)酵過程中不斷向發(fā)酵罐中通入干燥無菌空氣的空氣過濾技術；在發(fā)酵過程中根據細胞生長要求控制加料速度的計算機控制技術；還有種子培養(yǎng)和生產培養(yǎng)的不同的工藝技術。

此外，根據不同的需要，發(fā)酵工藝上還分類批量發(fā)酵：即一次投料發(fā)酵；流加批量發(fā)酵：即在一次投料發(fā)酵的基礎上，流加一定量的營養(yǎng)，使細胞進一步的生長，或得到更多的代謝產物； 連續(xù)發(fā)酵：不斷地流加營養(yǎng)，并不斷地取出發(fā)酵液。在進行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在實驗室規(guī)模的小發(fā)酵罐進行大量的實驗，得到產物形成的動力學模型，并根據這個模型設計中試的發(fā)酵要求，最后從中試數據再設計更大規(guī)模生產的動力學模型。由于生物反應的復雜性，在從實驗室到中試，從中試到大規(guī)模生產過程中會出現許多問題，這就是發(fā)酵工程工藝放大問題。

1.3.3 下游工程：指從發(fā)酵液中分離和純化產品的技術：包括固液分離技術（離心分離，過濾分離，沉淀分離等工藝），細胞破壁技術（超聲、高壓剪切、滲透壓、表面活性劑和溶壁酶等），蛋白質純化技術（沉淀法、色譜分離法和超濾法等），最后還有產品的包裝處理技術（真空干燥和冰凍干事燥等）。②此外，在生產藥物和食品的發(fā)酵工業(yè)中，需要嚴格遵守美國聯(lián)邦食品和藥物管理局所公布的cGMPs的規(guī)定，并要定時接受有關當局的檢查監(jiān)督。2.發(fā)酵工程技術的發(fā)展

發(fā)酵技術的發(fā)展經歷了如下幾個階段： 2.1 自然發(fā)酵階段

這個階段為從史前到19世紀末，主要特征為人類利用自然接種的方法進行傳統(tǒng)釀造食品的生產。

2.2 純培養(yǎng)厭氧發(fā)酵技術的建立 這個階段始于19世紀末，20世紀初，主要特征為人類在顯微鏡的幫助下，把單一的微生物進行純培養(yǎng)，在密閉容器中進行氧發(fā)酵生產酒精等工業(yè)產品。2.3 通氣攪拌發(fā)酵技術的建立

這個階段始于20世紀40年代，其技術特征為，成功地建立起深層通氣進行微生物發(fā)酵的一整套技術，有效地控制了微生物有氧發(fā)酵的通氣量、溫度、pH和營養(yǎng)物質的供給，使得抗生素、檸檬酸、酶制劑等好氧發(fā)酵產品的生產成為可能，是現代發(fā)酵工業(yè)的開端。2.4 代謝調控發(fā)酵技術的建立

這個階段始于20世紀60年代，其技術特征為，以生物化學和遺傳學為基礎，研究代謝產物的生物合成途徑和代謝調節(jié)機制，選擇巧妙的技術路線，人為地控制目的代謝產物的大量合成，從而得到所需產品。2.5 現代發(fā)酵工程技術的建立

這個階段始于20世紀70年代，其主要技術特征表現在如下幾個方面： 2.5.1 原生質體融合技術、基因工程技術的發(fā)展和在微生物菌種選育方面的應用，為發(fā)酵工程技術帶來了方法上、手段上的重大變化和革命。

2.5.2 計算機控制發(fā)酵技術，固定化細胞技術，發(fā)酵工程優(yōu)化控制技術，先進的提取、分離、純化技術以及現代化的發(fā)酵與提取設備的應用，使發(fā)酵工業(yè)得到了迅速的發(fā)展，并展現了廣闊的前景。3.發(fā)酵工程的應用領域 3.1輕工業(yè)

輕工業(yè)是發(fā)酵工程技術應用最早和最多的領域，這個領域的特點是大量利用農副產品（產要是淀粉類產品）進行深加工，其生產的產品種類有：

3.1.1 酒和溶劑類： 如啤酒、白酒、果酒、酒精、丙酮、丁醇等； 3.1.2 有機酸類：如檸檬酸、乳酸、蘋果酸、衣康酸等； 3.1.3 氨基酸類：如谷氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸等；

3.1.4 酶制劑類：如食品工業(yè)用酶、紡織工業(yè)用酶、飼料工業(yè)用酶等； 3.1.5功能性蛋白質、功能性脂類、功能性糖類。3.2 生物醫(yī)藥工業(yè) 通過發(fā)酵工程技術，可以生產多種抗生素、疫苗、以及一些基因工程藥物（如干擾素、白細胞介素系列等）。3.3 農牧業(yè)

通過發(fā)酵工程技術，可以生產生物農藥、生物肥料、植物生長調節(jié)劑、飼料蛋白、飼料工業(yè)用酶等。3.4 環(huán)境保護

發(fā)酵工程技術，可用于污水處理，有毒物質的降解、固體垃圾處理、土壤污染的修復。3.5 能源開發(fā)

通過發(fā)酵工程技術可利用可再生原料生產燃料酒精，生產沼氣，進行微生物冶金等。

4.現代發(fā)酵工程技術的發(fā)展方向展望

由于發(fā)酵工業(yè)生產具有反應條件溫和，生產原料來源廣泛，價格低廉，以及與其它工業(yè)相比投資少、見效快，經濟與社會效益顯著等諸多優(yōu)點。而且，通過發(fā)酵工程技術生產的產品種類多、應用面廣。因此，發(fā)酵工程具有廣闊的發(fā)展應用前景。

近年來，生物技術的迅速發(fā)展有力地推動了發(fā)酵工程技術的發(fā)展。而發(fā)酵工程技術的應用，則是直接將生物技術轉化為生產力，用于生產人類所需的各種產品，以及為社會服務的重要手段。因此，基因工程、細胞工程、酶工程技術的最終實施，主要是依靠發(fā)酵工程技術來完成的。所以現代發(fā)酵工程是生物技術的重要內容之一，是生物技術實現產業(yè)化的必由之路，是未來經濟社會發(fā)展過程中富有生機和活力的一個重要產業(yè)群體。

目前發(fā)酵工程技術的研究主要集中在如下幾個方面：

4.1采用基因工程、細胞工程技術與常規(guī)微生物育種方法相結合，輔之以激光、離子束、γ－射線等物理誘變方法，致力于選育發(fā)酵工業(yè)所需的各種優(yōu)良生產菌種。

4.2 開發(fā)研制社會需要、附加值高的新型發(fā)酵產品。

4.3 采用發(fā)酵工程技術取代部分傳統(tǒng)化工產品的生產，降低原材料消耗和能源消耗，減少污染物的排放。4.4 研究開發(fā)發(fā)酵和提取新技術、新工藝、新設備，提高產品收率、節(jié)能降耗。

4.5 大規(guī)模工業(yè)化發(fā)酵生產技術。

5.學術思想

發(fā)酵工程研究：獲得應用價值的微生物，反應器及過程放大，發(fā)酵產物分離提取，發(fā)酵過程優(yōu)化和控制。

研究一些重要的工業(yè)微生物的抗脅迫因子及其抗脅迫機制，考察環(huán)境脅迫條件下特定微生物蛋白轉錄和代謝途徑變化，采用不同環(huán)境脅迫手段或措施對微生物的生長或代謝進行調控，促進微生物生長或大量合成目的產物。

研究輔因子形式及其濃度在物質代謝和信號傳遞途徑中控制代謝流方向和流量分配的作用機制、物質流和輔因子流的變化規(guī)律，對微生物的生長或代謝進行調控，促進微生物合成目的產物的代謝流的最大化和快速化。

參考文獻 ：

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第四篇：發(fā)酵工程實習報告

一、實習時間：2012年11月22日—24日

二、實習單位：河南金利爾奶業(yè)有限公司

三、實習目的：

這次實習是在完成相關基礎課程的學習后所進行的實踐環(huán)節(jié)。通過到工廠生產環(huán)節(jié)的實習和觀摩，我們進一步鞏固加深課堂所學過的理論知識，加強我們對專業(yè)的認識，進一步的了解自己所學知識的用途，使我們更加堅定自己的學業(yè)，鍛煉我們的意志力，培養(yǎng)我們的興趣。從而將理論和生產實踐結合，使我們對發(fā)酵企業(yè)有一個初步的了解。

四、實習內容

公司簡介：

河南金利爾奶業(yè)有限公司成立于1999年12月，占地面積10000平方米，交通、通訊等條件十分便利。企業(yè)堅持“健康飲品，造福社會”的宗旨，樹立了“消費者滿意為中心”的服務理念。多年來，公司在市委、市政府的關心支持下，在各級領導的關懷與幫助下，公司以科學發(fā)展觀為指導，建立了運營規(guī)范、管理科學、開拓創(chuàng)新、科技強企、質量求精的管理體制，使企業(yè)得到了快速發(fā)展，金利爾系列產品得到了廣大城鄉(xiāng)居民的認可與喜愛，金利爾品牌已經走進千家萬戶。公司已成為豫北地區(qū)享有盛譽的一家集奶牛養(yǎng)殖、乳品生產、產品研發(fā)、營銷服務于一體的乳制品精加工企業(yè)。公司采用“公司＋基地＋農戶”的運作模式，有力帶動了周邊地區(qū)畜牧產業(yè)發(fā)展，建立了可靠、穩(wěn)定的利益聯(lián)盟機制。從奶牛特種養(yǎng)殖到飼料加工，從收購農作物秸

稈加工青貯飼料到沼氣站的籌建，已形成了適度規(guī)模的農業(yè)產業(yè)化生態(tài)與環(huán)境保護的產業(yè)鏈條。不僅提高了城鄉(xiāng)居民的生活質量，而且?guī)椭苓呣r民實現了脫貧致富，實現了將企業(yè)建設成為“龍頭企業(yè)”的發(fā)展目標。

什么是酸奶

酸奶是以新鮮的牛奶為原料，經過巴氏殺菌后再向牛奶中添加有益（發(fā)酵劑），經發(fā)酵后，再冷卻灌裝的一種牛奶制品。酸奶不但保留了牛奶的所優(yōu)點，而且某些方面經加工過程還揚長避短，成為更適合于人類的營養(yǎng)保健品。酸奶根據組織狀態(tài)分為凝固型和攪拌型酸奶。凝固型酸奶適于純牛奶的生產，攪拌型酸奶可用于果味、果料等花色酸奶的生產。一般凝固型酸奶要有比較好的組織狀態(tài)，要避免裂紋的出現，因此要先攪拌，分裝再發(fā)酵。帶有果味的酸奶影響乳酸菌的發(fā)酵，所以要先發(fā)酵后攪拌加果料的方式。

酸奶的好處：

1． 酸奶能促進消化液的分泌，增加胃酸，因而能增強人的消化能力，促進食欲。

2． 酸奶中的乳酸不但能使腸道里的弱酸性物質轉變成弱堿性，而且還能產生抗菌物質，對人體具有保健作用。

3． 酸奶可以防止癌癥和貧血，并可改善牛皮癬和緩解兒童營養(yǎng)不良。

4． 制作酸奶時，某些乳酸菌能合成維生素C，使維生素C含量增加。

5． 在婦女懷孕期間，酸奶除提供必要的能量外，還提供維生素、葉

酸和磷酸；在婦女更年期時，還可以抑制由于缺鈣引起的骨質疏松癥；在老年時期，每天吃酸奶可矯正由于偏食引起的營養(yǎng)缺乏。

6． 酸牛奶能抑制腸道腐敗菌的生長，還含有可抑制體內合成膽固醇還原酶的活性物質，又能刺激機體免疫系統(tǒng)，調動機體的積極因素，有效地抗御癌癥，所以酸牛奶，可以增加營養(yǎng)，防治動脈硬化、冠心病及癌癥，降低膽固醇。

酸奶發(fā)酵原理

原理：將乳酸菌接入牛奶，采用恒溫發(fā)酵法，通過乳酸菌發(fā)酵牛奶中的乳糖產生乳酸，乳酸使牛奶中酪蛋白（約占全乳的2．9％，占乳蛋白的85％）變性凝固而使整個奶液呈凝乳狀態(tài)。

機制：乳酸菌發(fā)酵可分為同型乳酸發(fā)酵和異型乳酸發(fā)酵，同型乳酸發(fā)酵乳糖只產生乳酸，異型乳酸發(fā)酵乳糖除產生乳酸外，還生成乙醇、一氧化碳等物質。在酸奶制作中常用的德氏乳桿菌保加利亞亞種(保加利亞乳桿菌)和唾液鏈球菌嗜熱亞種(pn熱鏈球菌)均為同型乳酸發(fā)酵[4]。第1機制:從大腸桿菌開始，許多細菌都是用此系統(tǒng)，在酸奶制作中常用的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌也是用此系統(tǒng)。乳糖通過透膜酶的作用進入細胞內，經盡半乳糖有酶的作用分解為葡萄糖和半乳糖，其中嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌優(yōu)先代謝葡萄糖成乳酸，而對游離型的半乳糖不能利用，其被排除細胞外或轉化成高分了物質一膠糖而蓄積起來。第2機制:分布在乳酸乳球菌乳酸亞種(乳酸乳球菌)十酪乳桿菌十酪亞種(十酪乳桿菌)等菌屬中。乳糖通過細胞膜上磷酸轉移酶作用，經磷酸化后進入細胞內。磷酸乳糖經磷酸半乳糖酶的作用，分解成葡萄糖和6-磷酸半乳糖。

酸奶生產流程

凝固型酸奶的生產工藝流程：原料乳→標準化→過濾→預熱→均質→消毒→降溫接種→裝瓶封口→保溫發(fā)酵→入冷庫后熟→抽樣檢驗→

入庫銷售

攪拌型酸奶的生產工藝流程：原料乳→標準化→過濾→預熱→均質→消毒→降溫

接種→保溫發(fā)酵→攪拌添加香料等→封瓶裝口→入

冷庫后熟→抽樣檢驗→入庫銷售。

生產工藝簡介

原料乳的處理

乳的凈化：

利用的別設計的離心機出去牛乳中的白細胞和其他肉眼可見的異物。

脂肪含量標準化：用分離機對牛乳進行脫脂，影響口感。

在加入少量稀奶油，是調制如脂肪含量標準化。

配料：

奶粉的添加：加入1%～3%的奶粉調節(jié)非脂干物質。蔗糖的添加：加入4%～8%的蔗糖調節(jié)酸奶的口感。均質：

將調制奶加熱到60 °，與均質機中，8～10Mpa壓力下均質。滅菌：

采用高溫巴氏殺菌法，90～95℃保持5min殺菌。

接種：

向43～45℃的滅菌原料奶中加入工作發(fā)酵劑，一般量為2%～

3%，工作發(fā)酵劑為嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌，比例為１：１或２：１。

分裝：

酸奶發(fā)酵后不能受到機械振動，因此，必須先分裝再發(fā)酵。發(fā)酵：

將分裝好的牛乳至于發(fā)酵架中發(fā)酵，溫度保持在40～43℃。一般發(fā)酵３～６小時。

冷卻：

發(fā)酵完成后，用冷風迅速冷卻到10℃左右，防止發(fā)酵過度使酸度過高料鮮奶的質量要求

固形物含量：鮮奶總干物質含量不得低于11.5%，其中非脂干物質不得少于8.5%，否則會影響蛋白質的凝乳作用。

鮮奶中殘留抗生素的檢測：抗生素污染會使乳酸菌生長受到限制，因此決不能使用抗生素污染的鮮奶為原料。

白細胞檢測：白細胞含量常常會影響鮮奶的質量。

菌檢測：霉菌、酵母菌、芽孢桿菌、大腸桿菌等等雜菌會影響鮮奶原料的質量。

冷藏和后熟：

經冷卻的酸奶放在-1～0℃冷藏室中保存。

五、實習感悟

通過這次實習讓我學會很多，不僅鞏固了我們所學的知識，而且增加了我的人生閱歷，讓我提前認識到工作的辛苦，也能更

加努力地去學習我們的專業(yè)知識，為以后奠定基礎，也為以后積累經驗。

第五篇：發(fā)酵工程實習報告

發(fā)酵工程實習報告

生物技術092 馮新為

2011年10月11日，在老師的帶領下，我們參觀了位于焦作市的健康元生物制品有限公司?，F將此次實習總結如下：

1.實習目的這次實習是在完成相關基礎課程的學習后所進行的實踐環(huán)節(jié)。通過到工廠生產環(huán)節(jié)的實習和觀摩，我們進一步鞏固加深課堂所學過的理論知識，將理論和生產實踐結合，使我們對發(fā)酵企業(yè)有一個初步的了解。

2.實習內容

2.1實習單位簡介

焦作健康元生物制品有限公司是由健康元藥業(yè)集團股份有限公司及香港天誠實業(yè)有限公司共同投資成立，注冊資本金5億元。公司占地面積565.74畝，于2005年11月份開始動工興建。作為“健康元藥業(yè)集團股份有限公司”原料藥戰(zhàn)略的重要組成部分，焦作健康元生物制品有限公司總投資14億元，總建筑面積

6．5萬平方米，主要生產醫(yī)藥抗生素——頭孢類藥品的母核：7-氨基頭孢烷酸（簡稱7-ACA），年生產能力為2000噸。

2.2認識實習內容

在健康元生物制品有限公司的廠區(qū)，我們按照從上游到下游的順序依次參觀了產品制作的發(fā)酵環(huán)節(jié)、過濾提取環(huán)節(jié)、精煉環(huán)節(jié)。

在參觀發(fā)酵環(huán)節(jié)中，我們參觀了擺滿大大小小發(fā)酵罐的生產區(qū)和大型電腦控制室。生產區(qū)的發(fā)酵罐十分高大，動輒就是幾十升的容積。在控制室中，除了控制臺上的電腦外，還立著一塊兩米多高，十幾米長的大型電子顯示板，顯示板上各個發(fā)酵罐的狀態(tài)看得一清二楚，加料、排氣、消毒等步驟全部有電腦控制，很是先進。

發(fā)酵液的過濾是依靠各種膜系統(tǒng)，通過層層膜過濾，將其逐層凈化。發(fā)酵液中有效成分的提取是依靠一種樹脂，這種樹脂只能特異性吸附其中的那種有效成分，有效成分同過范德華力與樹脂緊密結合，經過樹脂吸附后，再經過洗脫環(huán)節(jié)，有效成分就被提取出來了。提取出的有效成分中還含有色素，需要在經過脫色素環(huán)節(jié)進一步精煉。

經歷了這幾個環(huán)節(jié)后，我們就基本上得到了想要的東西。

3.實習體會

作為一名生物技術專業(yè)的本科生,我對發(fā)酵、藥品相關領域懷有好奇，而這次認識實習讓我比較全面的了解了這些生物制品行業(yè)的發(fā)展情況,熟悉了相關生物制品的生產工藝、銷售網絡、工藝設備等專業(yè)知識,這為以后的專業(yè)學習都奠定了一定的基礎.通過實習,我也感受到了當今生物產業(yè)的廣闊前景,堅定了專業(yè)信心,在以后的理論學習中,我將更好地把實習所學的知識與理論知識結合起來,爭取早日掌握扎實的專業(yè)技能!